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文檔簡介
第四章生物大分子第一節(jié)糖類糖類是一類重要的有機化合物,在自然界中分布廣泛,日常食用的蔗糖、糧食中的淀粉、植物莖葉中的纖維素、人體血液中的葡萄糖等均屬于糖類。糖類在生命活動中起著重要作用,是生物體所需能量的主要來源,也是重要的能量儲存物質(zhì),如植物體內(nèi)的淀粉和動物體內(nèi)的糖原。糖類還是很多生物體的結(jié)構(gòu)成分,如植物細胞壁的主要成分纖維素。一、糖類的組成和分類糖類化合物一般由碳、氫、氧三種元素組成,很多糖類分子中氫原子和氧原子的數(shù)目比恰好為2∶1,其組成可以用通式Cm(H2O)n
表示,如葡萄糖(C6H12O6)、蔗糖(C12H22O11)、淀粉[(C6H10O5)n]等,所以糖類也被稱為碳水化合物。隨著化學的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)并不是所有糖的組成都符合上述通式,如脫氧核糖(C5H10O4),而某些符合此通式的物質(zhì)卻不屬于糖類,如乙酸(C2H4O2)。因此,碳水化合物這一名稱并不準確,但因沿用已久,目前仍在使用。從分子結(jié)構(gòu)上看,糖類是多羥基醛、多羥基酮和它們的脫水縮合物①,可分為單糖、寡糖和多糖。通常將不能水解的糖稱為單糖,如葡萄糖、果糖、核糖和脫氧核糖等。1mol糖水解后能產(chǎn)生2~10mol單糖的稱為寡糖或低聚糖,其中以二糖最為重要,常見的二糖有蔗糖、麥芽糖和乳糖等。1mol糖水解后能產(chǎn)生10mol以上單糖的稱為多糖,淀粉、纖維素和糖原等都屬于多糖。二、單糖1.葡萄糖葡萄糖是自然界中分布最廣的單糖,因最初是從葡萄汁中分離得到而得名。葡萄糖存在于水果、蜂蜜,以及植物的種子、葉、根、花中。動物的血液和淋巴液中也含有葡萄糖。葡萄糖是易溶于水的無色晶體,熔點為146℃,有甜味,但甜度不如蔗糖。
(1)在一支潔凈的試管中配制約2mL銀氨溶液,加入1mL10%葡萄糖溶液,振蕩,然后在水浴中加熱。觀察實驗現(xiàn)象。
(2)在另一支試管中加入2mL10%NaOH溶液,加入5滴5%CuSO4
溶液,再加入2mL10%葡萄糖溶液,加熱。觀察實驗現(xiàn)象。
(3)將上述兩個實驗的現(xiàn)象與實驗3-7和實驗3-8的現(xiàn)象進行比較,你能得出什么結(jié)論?以上兩個實驗中,試管中分別出現(xiàn)了銀鏡和磚紅色沉淀,與乙醛進行類似實驗的現(xiàn)象相似。葡萄糖對銀氨溶液、氫氧化銅等弱氧化劑表現(xiàn)出還原性,屬于還原糖。葡萄糖的分子式為C6H12O6,分子中含有醛基,屬于醛糖;通過其他的實驗結(jié)果還可以推斷出葡萄糖分子中有5個羥基,是一種多羥基醛。葡萄糖是一種重要的營養(yǎng)物質(zhì),在食品和醫(yī)藥工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。葡萄糖易于被人體吸收,經(jīng)酶的催化發(fā)生氧化反應(yīng)放出熱量,提供了維持生命活動所需要的能量。低血糖的患者可利用靜脈注射葡萄糖溶液的方式來迅速補充營養(yǎng)。2.果糖果糖在水果和蜂蜜中含量較高,它比蔗糖的甜度高,廣泛應(yīng)用于食品和醫(yī)藥的生產(chǎn)中。
純凈的果糖為無色晶體,易溶于水,吸濕性強。果糖的分子式為C6H12O6,是葡萄糖的同分異構(gòu)體。果糖是一種多羥基酮,屬于酮糖。3.核糖與脫氧核糖核糖與脫氧核糖分別是生物體的遺傳物質(zhì)核糖核酸(RNA)與脫氧核糖核酸(DNA)的重要組成部分。它們都是含有5個碳原子的單糖——戊糖。三、二糖1.蔗糖蔗糖是最常用的甜味劑,也是在自然界中分布最廣的一種二糖,存在于大多數(shù)植物體中,在甘蔗和甜菜中含量最豐富。蔗糖為無色晶體,熔點186℃,易溶于水。
蔗糖的分子式為C12H22O11。在酸或酶的作用下,蔗糖可水解生成葡萄糖和果糖。2.麥芽糖麥芽糖主要存在于發(fā)芽的谷粒和麥芽中,是淀粉水解過程中的一種中間產(chǎn)物。使用含淀粉酶的麥芽作用于淀粉可制得飴糖,其主要成分為麥芽糖。麥芽糖有甜味,但甜度不及蔗糖。麥芽糖的分子式為C12H22O11。在酸或酶催化下,麥芽糖發(fā)生水解反應(yīng)生成葡萄糖。實驗內(nèi)容實驗現(xiàn)象結(jié)論在一支試管中加入5ml
20%的蔗糖溶液,加入5滴稀硫酸,水浴加熱后,用NaOH溶液中和至堿性。在三支試管中分別加入新配制的銀氨溶液各2ml,再分別加入蔗糖水解液、20%蔗糖溶液、20%麥芽糖溶液各1ml,水浴加熱,觀察現(xiàn)象。盛有蔗糖溶液的試管中無明顯現(xiàn)象,盛有蔗糖水解液和麥芽糖溶液的試管中生成光亮的銀鏡。麥芽糖是還原糖,蔗糖是非還原糖,其水解生成還原性糖。【討論】
(1)根據(jù)實驗結(jié)果判斷蔗糖和麥芽糖是否屬于還原糖。
(2)與同學討論以上實驗操作中有哪些要注意的地方。查閱資料,分析以上幾種甜味劑的分子結(jié)構(gòu),判斷其是否屬于糖類物質(zhì)。討論為什么一些甜味劑可被用于“糖”“無糖”“低熱量”糕點、糖果和飲料等的生產(chǎn)。四、多糖淀粉和纖維素是最重要的多糖,它們都是由大量葡萄糖單元相互連接組成的,屬于天然有機高分子,淀粉的相對分子質(zhì)量可達到幾十萬,纖維素可達到幾百萬。淀粉和纖維素的分子式可以表示為(C6H10O5)n,其中的葡萄糖單元中一般仍有三個羥基,所以也可表示為[C6H7O2(OH)3]n。淀粉和纖維素分子中所包含的葡萄糖單元數(shù)目,即n
值不同,二者的組成與結(jié)構(gòu)不同。1.淀粉淀粉是綠色植物光合作用的產(chǎn)物,是植物儲存營養(yǎng)物質(zhì)的一種形式,在種子、塊根和塊莖中含量豐富,谷類和薯類含淀粉較多。天然淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成。支鏈淀粉含量很高的一些谷物,如糯米、糯玉米等有比較黏的口感。淀粉是白色粉末狀物質(zhì),沒有甜味,不溶于冷水。在熱水中淀粉會部分溶解,形成膠狀的淀粉糊。淀粉遇碘顯藍色,利用該現(xiàn)象可檢驗淀粉的存在。
淀粉不能被銀氨溶液和氫氧化銅等弱氧化劑氧化,屬于非還原糖。由于其分子中葡萄糖單元醇羥基的存在,淀粉可以發(fā)生酯化反應(yīng)。淀粉在酸或酶的作用下水解,生成一系列產(chǎn)物,最終生成葡萄糖。淀粉是食物的一種重要成分,也是重要的工業(yè)原料。以淀粉或淀粉水解生成的葡萄糖等為原料,經(jīng)發(fā)酵可以得到多種產(chǎn)品,如燃料乙醇、白酒、食醋、味精,以及氨基酸、抗生素等藥物。淀粉經(jīng)酯化后可用于生產(chǎn)食品添加劑、表面活性劑和可降解塑料等。2.纖維素纖維素是自然界中分布最廣泛的一種多糖,參與構(gòu)成了植物的細胞壁,起著保護和支持作用。纖維素是白色纖維狀物質(zhì),沒有甜味,不溶于水,也不溶于一般的有機溶劑。纖維素的化學性質(zhì)與淀粉的類似,在酸或酶的催化下可發(fā)生水解,最終生成葡萄糖;能夠發(fā)生酯化反應(yīng);不能被氫氧化銅等弱氧化劑氧化,屬于非還原糖。纖維素的用途十分廣泛。棉和麻的纖維大量用于紡織工業(yè)。一些富含纖維素的物質(zhì),如木材、秸稈等是造紙的原料。纖維素還可以用來制造纖維素硝酸酯、纖維素乙酸酯和黏膠纖維等。纖維素硝酸酯又稱硝酸纖維,極易燃燒,可用于生產(chǎn)火藥、塑料和涂料等。纖維素乙酸酯又稱醋酸纖維,不易燃燒,是一種紡織工業(yè)原料,可用于生產(chǎn)塑料、過濾膜、膠片等。黏膠纖維是將木材、秸稈等富含纖維素的物質(zhì)經(jīng)化學處理后,通過紡絲而制成的再生纖維。黏膠纖維中的長纖維一般稱為人造絲,短纖維稱為人造棉,都可用于紡織工業(yè)。當堂練習1、據(jù)法國《科學與未來》雜志報道,美國科學家在實驗室中合成了與脫氧核糖核酸(DNA)分子結(jié)構(gòu)相近的蘇糖核酸分子。一些專家認為這種物質(zhì)包含遺傳信息,可能是第三種遺傳分子。蘇糖核酸簡稱TNA,是DNA和RNA的“近親”。TNA中含有蘇糖的結(jié)構(gòu)單元。已知蘇糖的結(jié)構(gòu)簡式為
以下有關(guān)蘇糖的說法中,不正確的是(
)A.蘇糖與葡萄糖互為同系物B.蘇糖與甲酸甲酯含碳的質(zhì)量分數(shù)相同C.蘇糖一定條件下能發(fā)生加成或取代反應(yīng)D.蘇糖一定條件下能和新制的Cu(OH)2反應(yīng)A2、下列實驗操作和結(jié)論錯誤的是(
)A.用新制的Cu(OH)2可鑒別麥芽糖和蔗糖B.用銀鏡反應(yīng)可證明蔗糖是否轉(zhuǎn)化為葡萄糖,但不能證明是否完全轉(zhuǎn)化C.濃硫酸可使蔗糖脫水變黑,證明蔗糖含C、H、O三種元素D.向蔗糖溶液中滴加幾滴稀硫酸,加熱幾分鐘,然后加入銀氨溶液,水浴加熱,不能發(fā)生銀鏡反應(yīng),證明蔗糖不水解D3、下列關(guān)于淀粉和纖維素的敘述中,不正確的是(
)A.它們都是混合物B.它們都是天然有機高分子C.它們是同分異構(gòu)體D.它們水解的最終產(chǎn)物都是葡萄糖C4、糖原[(C6H10O5)n]是一種相對分子質(zhì)量比淀粉更大的多糖,主要存在于肝臟中,所以又叫動物淀粉或肝糖。下列關(guān)于糖原的敘述正確的是(
)A.糖原與淀粉、纖維素互為同分異構(gòu)體B.糖原、淀粉、纖維素屬于同系物C.糖原水解的最終產(chǎn)物是葡萄糖D.糖原具有還原性,能發(fā)生銀鏡反應(yīng)C5、關(guān)于淀粉和纖維素的下列說法中,不正確的是(
)A.兩者都能水解且水解的最終產(chǎn)物相同B.兩者實驗式相同,通式相同,互為同分異構(gòu)體C.兩者都屬于糖類,與新制的Cu(OH)2共熱都無磚紅色沉淀生成D.兩者均屬于高分子,淀粉遇I2變藍色,而纖維素不能B6、為檢驗淀粉水解的情況,進行如圖所示的實驗,試管甲和丙均用60~80℃的水浴加熱5~6min,試管乙不加熱。待試管甲中的溶液冷卻后再進行后續(xù)實驗。實驗1:取少量甲中溶液,加入新制的氫氧化銅,加熱,沒有磚紅色沉淀出現(xiàn)。實驗2:取少量乙中溶液,滴加幾滴碘水,溶液變?yōu)樗{色,但取少量甲中溶液做此實驗時,溶液不變藍色。實驗3:取少量丙中溶液加入NaOH溶液調(diào)節(jié)至堿性,再滴加碘水,溶液顏色無明顯變化。(1)寫出淀粉水解的化學方程式:__________________________________。(2)設(shè)計甲和乙是為了探究________對淀粉水解的影響,設(shè)計甲和丙是為了探究________對淀粉水解的影響。(3)實驗1失敗的原因是___________________________________________。(4)下列結(jié)論
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